Лекция 11–12. Информационные сети

План лекции:

1.1.Архитектура сети

1.2.Аппаратные средства ЛВС

1.3.Структурная и функциональная организация ЛВС

1.4.Программные средства ЛВС

1. Архитектура сети

Сетьпредставляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сетиЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т. д.), видам среды передачи и т. д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют налокальные и глобальные.

Произвольная глобальная сетьможет включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.

В локальных вычислительных сетях(ЛВС) компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называюткорпоративными системамииликорпоративными сетями.Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсамисамого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) иуправление обменомс другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО,которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации (InternationalStandartOrganization—ISO) разработалаЭталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI).

Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:

• физический (physical layer);

• управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);

• сетевой (network layer);

• транспортный (transport layer);

• сеансовый (session layer);

• представительный (presentation layer):

• прикладной, или уровень приложений (application layer).

Физический уровеньобеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Функции канального уровнясостоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемые кадры.Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов:дуплексным(одновременно в обоих направлениях),полудуплексным(попеременно в обоих направлениях) илисимплексным(в одном направлении).

Сетевойуровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки или конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т. д. Основная функция сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровняявляется доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующихшлюзов(согласование сетевых объектов принципиальноразличныхсетей) и мостов(согласование сетевых объектоводнотипныхсетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций — квитирование.Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме «окна». Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (0, 1,... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровеньпредназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней. При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С иD).

Представительный уровеньописывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровеньотвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. На этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколомназывается свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообщений). Примерами протоколов звена данных являются протоколHDLC(Higher-levelDataLinkControl), принятыйISO, и протоколSDLC(SynchronousDataLinkControl)' фирмыIBM.

Интерфейсыописывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней и форматы информации, передаваемой между этими объектами.

Следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т. д.) и другими причинами.

Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.